Устройство для определения типа проводимости полупроводников

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ;ТИПА ПРОВОДИМОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ, содержащее источник питания, СЬединенный с двумя электродами, металлические зонды подключения образца и соединенный с ними регистрирующий прибор, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства и расширения диапазона исслед: емых материалов по удельному сопротивлению и подвижности носителей заряда, электроды выполнены в виде обкладок конденсатора с диэлектрическими пленками на их внутренней стороне, регистрирующий прибор вьшолнен в виде индикатора напряжения, а источником питания является генератор высокой СО Частоты. 00ел со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 G 01 R 31/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ описанию изоБрятЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

60вЛ (21) 3474034/18-25 (22) 21.07.82 (46) 30.09.86. Бюл. 9 36 (71) Рижский Краснознаменный институт инженеров гражданской авиации им. Ленинского комсомола (72) Э.Э.Аболтиньш и Х.И.Кугель (53) 621.382(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР .

Ф 190176, кл. С 01 R 31/26, 1976.

Ковтонюк Н.Ф., Концевой IO.À.

Измерение параметров полупроводниковых материалов. — М.: Металлургия,.

1970, с. 397-399.

Авторское свидетельство СССР

У 561157, кл. G 01 R 31/26, 1976.

„„SU„„I 085390 Д (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ТИПА ПРОВОДИМОСти ПОЛУПРОВОДНИКОВ, содержащее источник питания, соединенный с двумя электродами, металлические зонды подключения образца и соединенный с ними регистрирующий прибор., отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства и расширения диапазона исследуемых материалов по удельному сопротивлению и подвижности носителей заряда, электроды выполнены в виде обкладок конденсатора с диэлектрическими пленками на их внутренней стороне, регистрирующий прибор выполнен в виде индикатора напряжения,.а источником ф питания является генератор высокой

° частоты.

1085390

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, для определения типа проводимости полупроводниковых материалов. 5

Известно устройство для измерения типа проводимости на основе эффекта Холла, состоящее из источников питания, источника магнитного поля, электродов и регистрирующих приборов. 10

Недостатками его является сложная конструкция и необходимость использования образцов специальной формы с омическими контактами. Для измерений материалов с низкой проводимостью 15 о устройство практически не применимо.

Известно также устройство. того же назначения, в котором тип проводимости определяется по знаку термо-ЭДС.

Оно является простым и содержит источник питания, электроды, один из которых выполнен в виде зонда с нагревателем, и нуль-гальванометр.

Устройство не позволяет. проводить измерение материалов с низкой проводимостью и, кроме того, в нем используется локальный нагрев образца, . что в ряде случаев нежелательно.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения типа прово димости полупроводников, содержащее источник питания, соединенный с двумя электродами, металлические зонды для подключения образца и соединен35 ный с ними регистрирующий прибор.

Между электродами устройства помещается сегнетоэлектрическая пластина с помещенным на нее полупроводниковым образцом, через который с помощью зондов пропускается ток. При поляризации сегнетоэлектрика в нем индуцируются заряды, обогащающие или обедняющие образец в зависимости от типа проводюкости. О типе проводимости можно судить по увеличению или уменьшению тока через образец.

Устройство практически не позволяет исследовать низкоомные полупроводники и полупроводники с высокой подвижностью, т.е. имеет ограниченный диапазон по проводимости и.подвижности носителей заряда, так как контролируемый величиной является изменение тока. В нем используется сегнетоэлектрическая пластина и два источника питания, что усложняет устрой.— ство.

Целью изобретения является упрощение устройства и расширение диапазона исследуемых материалов по удельному сопротивлению и подвижности носителей заряда. . Цель достигается тем, что в устройстве, содержащем источник питания, соединенный с двумя электродами, металлические зонды для подключения образца и соединенный с ними регистрирующий прибор, электроды выполнены в виде обкладок конденсатора с диэлектрическими пленками на их .внутренней стороне, регистрирующий прибор выполнен в виде индикатора напряжения, а источником питания является генератор высокой частоты.

На фиг. 1 схематически изображено предложенное устройство; на фиг. 2— зависимость разности потенциалов между зондами от удельного сопротивления исследованных полупроводников КЭФ и КДБ. „

Устройство для определения типа проводимости (фиг. 1) состоит из двух обкладок 1 конденсатора, между которыми помещена исследуемая пластина 2 полупроводника, изолированная от них диэлектрическими пленками 3. Свободная поверхность пластины полупроводника длиною L находится вне обкладок конденсатора. На ней установлены два металлических зонда 4, подсоединенные к вольтметру 5 постоянного напряжения, а конденсатор подключен к высокочастотному генератору 6.

Переменное электрическое поле наводится конденсатором в локальной обЛасти полупроводника. Оно вызывает колебательное движение свободных носителей заряда и ионов примеси. Так как последние связаны: квазиупругими силами с нейтральными атомами, то это, нриведет к возбуждению волн кристаллической решетки. В свободной части полупроводника устанавлизается стоячая волна кристащтической решетки эа счет интерференции бегущей от источника (граница обкладок конденсатора) и обратной — отраженной от края полупроводника — волн.

Когда нет возбуждающего поля (меж.ду обкладками конденсатора) генерация и рекомбинация свободных носителей заряда определяется тепловым воздействием и их концентрация и„величина постоянная. При образовании стоячих волн кристаллической решетки

1085 в их узлах условия reнерации-рекомбинации сохраняются прежними и концентрация свободных носителей заряда остается равной и . В пучностях процесс рекомбинации протекает интенсивнее, чем в узлах, так как свободные носители заряда и противоположные им по знаку ионы при колебаниях движутся навстречу друг другу. Поэтому, с приближением к обкладке конденсатора 10 (пучности стоячей волны) концентрация свободньй носителей заряда буде уменьшаться.

Предположим, что исследуемый полупроводник КЭФ, т.е. и-тйпа проводи- 5 мости. Поэтому основными носителями заряда являются электроны. В месте расположения первого зонда на свободной поверхности полупроводника (вблизи обкладки конденсатора) будет недо- 30 статок электронов по сравнению с их концентрацией в месте расположения второго зонда (при условии, что оба зонда находятся между пучностью и узлом, т.е. на расстоянии друг от 25 друга, не превышающем четверти длины волны кристаллической решетки).

Поэтому первый зонд будет находиться в месте повышенного потенциала по сравнению со вторым и вольтметр пока-З0 жет знаг "+" °

Предположим, что исследуемый п6лупроводник КДБ, т.е. р-типа проводимости. Поэтому основными носителями заРяда будут дырки. Их недостаток обуславливает пониженный потенциал в месте расположения первого зонда по сравнению со вторым и вольтметр покажет знак - °

Для примера реализации устройст 40 ва (см. фиг.1) в качестве обкладок конденсатора взяты медные пластины площадью 10х10 мм, а диэлектричес" ,кие пленки той же площади вырезаны из полиэтилена толщиной О, 1 мм. Ис390 4 следуемые образцы представляли кремниевые пластины К3Ф и КДБ толщиной

0,5 мм и площадью 10х20 мм с удельным сопротивлением (О, 1-20,0)"

> 10 Ом.м. Конденсатор подключался к высокочастотному генератору сигна- лов, а металлические зонды были выполнены из вольфрама с заостренными концами и прижимались к свободной поверхности полупроводника. При этом расстояние между зондами составляло 1 мм и один из них находился на минимальном расстоянии от верхней обкладки конденсатора, не контактируя с ней. Разность потенциалов между зондами и ее знак определялись цифровым вольтметром постоянного напряжения.

С помощью описанного устройства сняты кривые (см. фиг. 2) зависимости разности потенциалов между зондами от удельного сопротивления и типа проводимости при частоте генератора

1 МГц. Это значение частоты выбрано с таким расчетом, чтобы расстояние междУ зондами не превьппало четверти длины волны кристаллической решетки, Из фиг. 2 следует, что для полупроводников КЭФ, т.е. п-типа проводимости (кривая 7), вольтметр показал знак "+", a для КДБ (кривая 8), у и т.е. р-типа проводимости, знак

Описанное устройство для определения типа проводимости полупроводников принципиально отличается от существующих и позволяет увеличить точность и расширить диапазон измерений по удельному сопротивлению и подвижности, так как иэ фиг. 2 и других экспериментов следует, что можно определить тип проводимости полупроводников в широком диапазоне изменения удельного сопротйвления (от 10 до 80 Ом м) и подвижн6сти свободных носителей заряда.

2дд

//д Ую1

-2д

Редактор С.Титова Техред д.Олейник - КОРРектоР С.Черни

Заказ 5257/2 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, R-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.ужгород, ул,.Проектная, 4